Анотація до роботи:

Шалигіна О.В. – Грунтові фрити для електростатичного емалювання побутової техніки із маловуглецевих сталей. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю

05.17.11–технологія тугоплавких неметалічних матеріалів. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2006.

Дисертація присвячена розробці наукових принципів синтезу ґрунтових фрит для технології PUESTA 2С/1F, які полягають в забезпеченні високого питомого електроопору легкотопких тонкодисперсних склоемалевих порошків за рахунок прояву полілужного та полікатіонного ефектів та формуванні певної макроструктури грунтового шару шляхом регулювання фізико-хімічних властивостей розплаву при одержанні двошарового покриття однократного випалу при 820С. Встановлені особливості та закономірності формування двошарових покриттів, одержаних за технологією PUESTA “2C/1F”. В склоутворюючій системі Na₂O–K₂O–Li₂O–BaO–CaO–B₂O₃–SiO₂ досліджено фізико-хімічні властивості модельних стекол та розроблено склад скломатриці – основи легкотопких ґрунтових фрит з високим електроопором. Встановлено взаємозв’язок між вологостійкістю тонкодисперсних емалевих порошків та проявом полілужного і полікатіонного ефектів. Розроблено склад комплексного активатора зчеплення з урахуванням легкотопкості і конкурентоздатності синтезованого грунта. Синтезовано легкотопку вологостійку ґрунтову фриту з питомим електроопором 1,510⁸ Омм та температурою випалу 800С. Встановлено механізм взаємодії синтезованого ґрунту Ф3F з маловуглецевими сталями вітчизняного виробництва. Розроблено технологічні параметри варки грунту Ф3F та одержання двошарових склоемалевих покриттів однократного випалу при температурі 820С. Здійснено промислові випробування результатів досліджень та впровадження іх у серійне виробництво.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню важливої і актуальної науково-практичної задачі: розробці наукових принципів синтезу легкотопкої ґрунтової фрити для електростатичного порошкового емалювання деталей побутової техніки із маловуглецевих сталей вітчизняного виробництва. Основні висновки:

1. За результатами аналізу дефектів в двошарових емалевих покриттях, одержаних за режимом “2C/1F” із порошків основних європейських виробників емалей на вітчизняних маловуглецевих сталях, встановлені фактори, які обумовлюють їх появу: хімічний склад, структура і якість сталевого прокату та співвідношення фізико-хімічних та технологічних властивостей грунтового та покривного емалевих шарів. Розроблені основні критерії синтезу легкотопкої ґрунтової фрити для нанесення на маловуглецеві сталі за технологією PUESTA 2C/1F, які передбачають забезпечення певних значень реологічних, електричних та теплофізичних характеристик грунтової та покривної емалевих фрит.

2. З метою отримання скломатриці–основи легкотопких ґрунтових фрит з високим питомим електроопором обрано вихідну багатокомпонентну склоутворюючу систему Na₂O–K₂O–Li₂O–BaO–CaO–B₂O₃–SiO_{2 .} Експериментально встановлене оптимальне співвідношення лужних оксидів для досягнення високого питомого електроопору тонкодисперсних легкотопких склопорошків шляхом забезпечення прояву полілужного ефекту в легкотопких стеклах, мол.%: 2Na₂O:1К₂О:1Li₂O. Виявлене зростання електроопору модельних стекол до ₂₀₀10⁷ Омм при додатковому введенні лужноземельних оксидів BaO і CaO в еквімолярній кількості. Встановлено комплексну сумарну дію полілужного та полікатіонного еффектів на підвищення питомого електроопору в легкотопких стеклах - ₂₀₀10⁸ Омм.

3. Виявлене значне підвищення вологостійкості тонкодисперсних легкотопких склопорошків з 0,3 до 0,07 % (за втратими маси) за рахунок введення лужних і лужноземельних оксидів у встановленому співвідношенні мол.%: 2Na₂O:1К₂О:1Li₂O + 1BaO:1CaO, а також 8 мол. % ТіО₂.

4. На основі результатів дослідження фізико-хімічних та електричних властивостей модельних стекол розроблено склад скломатриці–основи легкотопких ґрунтових фрит з високим електроопором, мол.%: Na₂O-10; K₂O-5; Li₂O-5; BaO-2,5; CaO-2,5; B₂O₃-15; SiO₂-60.

5. Синтезовано легкотопку вологостійку ґрунтову фриту Ф3F з питомим електроопором при ₂₀₀=1,510⁸ Омм та температурою випалу 800С, що має в складі розроблений комплексний активатор зчеплення CoO–0,5; NiO–1,0; MnO₂–1,5; Fe₂O₃–3,5.

6. Встановлено механізм зчеплення синтезованого ґрунту Ф3F з маловуглецевими сталями 08кп та 08пс, який полягає в утворенні розвиненої межі сталь-покриття в результаті дії корозійноактивного склорозплаву на сталеву поверхню в процесі випалу двошарового покриття при 800-820С з наступним закріпленням охолодженого емалевого шару в мікронеоднорідностях, що утворилися.

7. Вперше розроблені наукові принципи синтезу ґрунтової фрити для електростатичного порошкового емалювання маловуглецевих сталей, які полягають в одночасному забезпеченні її високого питомого електроопору та легкотопкості за рахунок полілужного і полікатіонного ефектів, а також в формуванні певної макроструктури ґрунтового шару шляхом регулювання фізико-хімічних властивостей розплаву, що дозволяє нівелювати негативний вплив дефектів сталевого прокату при одержанні двошарового покриття однократного випалу.

8. За результатами дослідно-промислових варок, проведених на ВАТ “НМТЗ” (м.Новомосковськ), розроблено технологічні параметри одержання синтезованого легкотопкого ґрунту Ф3F (t варки1200-1210С) та ТУ У 27.1–576-2004 на його виробництво. На основі дослідно-промислових і промислових випробувань на автоматизованій лінії електростатичного порошкового емалювання деталей побутових плит в умовах ВАТ «МЗТМ» (ВАТ «Азовмаш»), визначені експлуатаційні властивості емалевих порошків, відпрацьовані технологічні параметри одержання двошарових покриттів однократного випалу при температурі 820С з розробленого ґрунту Ф3F та покривної емалі ЕК180102.

9. За результатами цих випробувань та комплексом одержаних техніко-економічних переваг в порівнянні з закордонними емалями розроблена ґрунтова фрита Ф3F була впроваджена в серійне виробництво побутових плит з переходом ВАТ «Азовмаш» на ресурсоенергозберігаючу технологію 2 шари/1 випал та відмовою від імпорту порошків фірми «Ferro» (Голандія). Економічний ефект від впровадження на ВАТ «МЗТМ» ВАТ «Азовмаш» грунтової емалі Ф3F склав 174772 грн. при обсязі виробництва 38162 шт./рік.

10. Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес при підготовці бакалаврів, спеціалістів і магістрів за фахом 091606 «Хімічна технологія тугоплавких неметалічних і силікатних матеріалів».

Публікації автора:

1. Брагина Л.Л., Шалыгина О.В., Резникова В.В. Классификация факторов, обусловливающих образование водородных дефектов в эмалевых покрытиях // Зб. наук. праць ВАТ “УкрНДІ вогнетривів”.– Харків: Каравела. – 2003.– № 3.– С. 151–157.

Здобувачем проведено аналіз одержаних даних щодо утворення дефектів в двошарових емалевих покриттях однократного випалу із порошків європейських виробників емалей на звичайних маловуглецевих сталях вітчизняного виробництва та здійснена їх класифікація на групи.

2. Шалыгина О.В., Брагина Л.Л., Резникова В.В., Соболь Н.П. Влияние состава и свойств малоуглеродистых сталей на их склонность к образованию водородных дефектов в эмалевых покрытиях // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ» – 2003. – № 15. – С.57–65.

Здобувачем досліджено вплив складу, властивостей, мікроструктури та якості поверхні прокату сталей 08кп і 08пс на їх схильність до утворення газових дефектів в емалевих покриттях.

3. Соболь Н.П., Шалыгина О.В., Иващенко М.Ю. Подготовка поверхности металла при безгрунтовом эмалировании // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ» – № 32.– 2004. – С.92–95.

Здобувачем проведено аналіз методів підготовки поверхні металу перед емалюванням.

4. Специфика процессов формирования стеклоэмалевых покрытий и газовыделения при режимах «2 слоя /1 обжиг» и «2 слоя / 2 обжига» / О.В. Шалыгина, Л.Л. Брагина, В.В. Резникова, И.В. Бердник, В.И. Худяков // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ» – №33. – 2004. – С. 108–113.

Здобувачем встановлено специфіку процесів формування склоемалевих покриттів, одержаних за режимами «2 шари /1 випал» і «2 шари / 2 випали», та газовиділення при варінні і випалі.

5. Шалыгина О.В., Брагина Л.Л., Резникова В.В. Влияние режимов варки стеклофритт для электростатического эмалирования на их вязкость // Зб. наук. праць ВАТ “УкрНДІ вогнетривів”.– Харків: Каравела. – 2004. - № 104. – С.141–147.

Здобувачем виявлено вплив режимів варки склофрит для технології PUESTA в промислових газових печах, які обертаються, на їх розтікання та в’язкість.

6. Шалыгина О.В., Брагина Л.Л., Резникова В.В., Саввова О.В. Легкоплавкие грунтовые стеклоэмали для электростатического нанесения на сталь // Вопросы химии и химической технологии. – Днепропетровск: УДХТУ – 2004 г. – № 5. – С. 48–51.

Здобувачем встановлено особливості фізико-хімічних і технологічних властивостей грунтових склоемалей для електростатичного нанесення на маловуглецеві сталі.

7. Шалыгина О.В. Влияние поликатионного эффекта в стеклах системы RO–R₂O–B₂O₃–SiO₂ на их адгезию к стальной поверхности // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ» – № 14.–2005.–С.115–121.

8. Брагина Л.Л., Покроева Я.А., Шалыгина О.В., Иващенко М.Ю. Расчет вязкости расплавов безгрунтовых эмалевых покрытий в системе R₂O – RO – B₂O₃ – Al₂O₃ – SiO₂ // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – Харків: НТУ «ХПІ» – № 26. – 2005. – С. 7–10.

Здобувачем проведено розрахунки в’язкості емалевих розплавів за методикою Декера, враховуючи поправки Л. Брагіної та В. Резнікової.

9. Брагина Л.Л., Шалыгина О.В., Покроева Я.А. Физико-химические основы синтеза эмалей для электростатического эмалирования тонколистовой стали // Зб. наук. праць ВАТ “УкрНДІ вогнетривів”.– Харків: Каравела. – 2005.– № 105.– С.162–169.

Здобувачем обґрунтовані фізико-хімічні основи синтезу емалевих фрит для електростатичного порошкового емалювання тонколистової сталі, виявлено специфіку нанесення і адгезії тонкодисперсних часток емалі в полі високої напруги.

10. Пат. 52074А Україна, 7С03С8/02. Грунтова емаль: МКМ⁶ С03С8/02 / Л.Л.Брагіна, Г.К.Воронов, В.В.Рєзнікова, В.В.Романова, Н.П.Соболь, О.В.Шалигіна (Україна), № 2002021043. Заявл. 08.02.2002, Опубл. 16.12.2002, Бюл. №12.

Здобувачем встановлені граничні значення вмісту Fe₂O₃ і MnO₂ в комплексному активаторі зчеплення.

11. Брагіна Л.Л., Шалыгина О.В., Иващенко С.В. Факторы, определяющие образования дефекта «рыбья чешуя» в эмалевых покрытиях // Тез. Докл. Межд. научн.-техн. конф. “Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности”.–Харьков, 2003.–С.50–51.

Здобувачем з’ясовано роль факторів, які обумовлюють появу дефекту “риб’яча луска” в емалевих покриттях на маловуглецевих сталях.

12. Шалыгина О.В., Брагина Л.Л., Резникова В.В., Бердник И.В. Легкоплавкие грунтовые стеклоэмали для электростатического нанесения на сталь // Тр. научн.-техн. конф «Перспективные направления развития науки и технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».– Днепропетровск, 2003.– С.70–71.

Здобувачем встановлено особливості поєднання фізико-хімічних властивостей грунтових та покривних склоемалей для електростатичного нанесення на маловуглецеві сталі.

13. Брагина Л.Л., Резникова В.В., Шалыгина О.В., Шаповалова М.Ю. Особенности реологии расплавов эмалей для технологии «2слоя/1обжиг» // Вестник БелгТАСМ. – Белгород: БГТУ им. В.Г.Шухова.– № 5. – Ч.2.–2003. – С.51–54;

Здобувачем виявлено особливості реологічних властивостей розплавів емалей, які використовуються в технології двошарового емалювання з однократним випалом.

14. Using of Mefrit and NTU “KhPI” elaborations in enamelling of household products in Ukreine / L. Bragina, J. Pawlas, O. Shaligina, V. Hudyakov // Proc. of Int. Conf. “Innovative trends in enamelling technology”. – Ostrava: VSB – Technical University of Ostrava, 2004. – P. 26–31.

Здобувачем представлені результати досліджень в межах співробітництва НТУ “ХПІ” та фірми “Mefrit”, Чехія.

15. Разработка параметров варки стеклофритт для электростатического эмалирования / О.В. Шалыгина, Л.Л. Брагина, В.В. Резникова, И.В. Бердник, Морщавка О.В. // Тез. докл. Межд. научн.-техн. конф. «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности». – Харьков: Каравелла. – 2004. – С. 77–79.

Здобувачем розроблені параметри варки грунтової склофрити для технології PUESTA в виробничих газових печах періодичної дії.

16. Шалыгина О.В., Брагина Л.Л., Покроева Я.А., Саливон Е.Ю. Влияние электросопротивления эмалевых порошков на формирование защитного слоя на стальном субстрате // Тез. докл. Межд. научн.-техн. конф. «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности». – Харьков: Каравелла. – 2005. – С.56–58.

Здобувачем досліджено вплив значень питомого електроопору тонкодисперсних склоемалевих порошків на формування захисного шару на маловуглецевих сталях.

17.Vireous Enamel Coatings For Protection of Heat Exchanger Steel Details / L. Bragina, G.Voronov, O. Shaligina, N. Sobol // Proc. of 20^th International enamellers congress. – Istanbul 15-19 May, 2005. – P. 113–24.

Здобувачем досліджена можливість застосування грунтової фрити з комплексним активатором зчеплення для емалювання деталей теплообмінників.

18. Double purpose enamel frit / L. Bragina, O. Shaligina, G. Voronov, Y. Pokroeva, J. Pawlas, V. Hudyakov // Proc. of Int. Conf. «Surface treatment in enamelling technology».– Ostrava: VSB – Technical University of Ostrava, 2005. – P. 24–28.

Здобувачем представлені новітні розробки в області синтезу емалевої фрити подвійного призначення з комплексом властивостей, які притаманні грунтовим та безгрунтовим покриттям одночасно.